在梳理总结勘探成果、理论技术进展的基础上，系统评价鄂尔多斯盆地铝土岩气藏资源潜力，提出未来铝土岩气藏的发展方向。鄂尔多斯盆地铝土岩气藏是蕴藏在含铝岩系地层中的特殊气藏类型，该套含铝岩系在盆地广泛分布，位于下古生界风化壳与上古生界沉积地层之间，其成因属于喀斯特型。铝土岩气藏主体位于庆阳古陆东翼古地貌斜坡区的含铝岩系地层中，从岩性组合及矿物特征分析认为其分布与微古地貌和沉积相明显相关，具有原地堆积与二次搬运2种沉积建造特征，可进一步划分出高地潜坑型、斜坡阶地型、封闭潟湖型3种铝土岩气藏类型，且在平面上具有一定的分区性。勘探分别落实L47、CT3、L68、HT14、HT7等5个有利含气区，其中L47井区铝土岩具有连续“透镜状”分布特征。首口铝土岩水平井试气达353.4×104 m3/d，创盆地上古生界单井最高产量，气藏具有单体厚、点群式的“鸡窝状”分布特征，直井试气最高产量达100×104 m3/d以上，综合评价有利勘探面积为7 000 km2，天然气资源量约为5 000×108 m3。研究表明：鄂尔多斯盆地西南部特殊的古陆背景、湿热气候环境、长期风化淋滤作用是形成铝土岩气藏的优越条件；不同于其他类型储层，铝土岩储层在表生期、成岩期、成藏期均具有一定的变化，且在表生期已基本定型，优质储层分布主要受垂向岩溶作用和横向泄水通道发育程度控制；攻关形成的三维地震预测识别与测井评价技术、多组分耦合活性酸加砂压裂技术是发现铝土岩高效气藏的重要保障。自2021年铝土岩气藏发现以来勘探成效显著，更加明确了铝土岩作为高效气藏勘探的前景十分广阔，坚定了在古陆周边寻找铝土岩气藏规模储量的认识，同时积极完善新类型气藏配套技术，为高质量动用铝土岩气藏积累丰富技术经验。
鄂尔多斯盆地铝土岩气勘探取得重大突破，然而铝土岩成因仍不清楚，其中一个关键问题是物质来源问题尚未解决。采用碎屑锆石年代学和稳定元素地球化学的方法对鄂尔多斯盆地东部神木—米脂地区本溪组铝土岩系开展了物质来源分析。结果显示：铝土岩系中的碎屑锆石为棱角状的岩浆锆石，粒径以0.03~0.06 mm为主，年龄峰值为500~400 Ma和350~300 Ma。铝土岩系上覆碎屑岩中的锆石主要为椭圆状变质成因锆石，粒径介于0.06~0.13 mm之间，约一半的锆石年龄是不谐和的，谐和年龄峰值为2 600~2 300 Ma和2 100~1 700 Ma。铝土岩系明显富集稳定元素，且与下伏碳酸盐岩具有相近的Zr/Nb值，但明显不同于上覆碎屑岩和盆内马家沟组凝灰岩的Zr/Nb值。对比分析后认为，盆地北部的华北板块基底是上覆碎屑岩的物源，但对铝土岩系的物质贡献较少。盆内下古生界和石炭纪凝灰岩是铝土岩系中碎屑锆石的直接来源，但它们对铝土岩系的物质贡献也极其有限。铝土岩系的主要物质来源为盆内下古生界碳酸盐岩。
近年来，长庆油田在二叠系太原组含铝岩系天然气勘探中取得重大突破，改变了以往对含铝岩系不能形成有效储层的传统认识。由于该类储层矿物难以识别，亟需通过系统分析测试探究含铝岩系储层矿物学微观特征、类型及孔隙发育情况。主要应用扫描电子显微镜、X射线衍射能谱仪，结合岩石薄片鉴定、X射线衍射分析等手段，研究了鄂尔多斯盆地陇东地区太原组含铝岩系储层矿物类型及微观特征。结果表明，研究区含铝岩系储层的主要矿物成分为水铝石和黏土矿物，还有锐钛矿、黄铁矿、菱铁矿等。根据矿物类型、含量、产状等特征，可以将含铝岩系储层分为三段：上部为铝土质泥岩和炭质泥岩，中部为铝土岩，下部为铝土质泥岩。上部地层中的黏土矿物主要为高岭石，富Al、Si等元素；中部以水铝石为主，富Al元素，孔隙发育，自生矿物类型多、晶形好；下部黏土矿物类型以伊利石为主，富K元素。矿物成分及结晶程度差异显示了矿物演化过程中的化学作用对储层孔隙的发育起着重要作用。
鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩气藏是一种新的非常规气藏，具有“小而肥”的特点，勘探潜力大，但铝土岩系变化快，分布不稳定，严重限制了勘探拓展。在采用印模法恢复太原组沉积前古地貌形态的基础上，精细刻画微古地貌单元，并结合岩心、录井和测井等资料研究铝土岩系地质特征及发育模式。结果表明：陇东地区太原组沉积前岩溶古地貌发育岩溶高地、岩溶斜坡及岩溶洼地3个次级岩溶古地貌单元，对应发育潜坑、沟槽及溶蚀洼地等负向微古地貌单元；主要发育泥质铝土质+铝土岩+煤/泥岩、铁质泥岩+双铝土岩段+炭质泥岩、铁质泥岩+厚层铝土岩/泥质铝土岩+泥岩/煤及铁质泥岩+铝质泥岩+泥/灰岩4种垂向岩性组合；受岩溶古地貌、海平面变化及淋滤作用强度控制，铝土岩系形成经历了红土残积物形成、原始铝土矿层形成、负向地貌单元铝土岩堆积、淋滤改造形成多孔铝土岩及广泛海侵煤泥覆盖5个主要阶段。同时，根据铝土岩系与围岩岩性和物性差异大的特征，利用叠后地震属性及叠前反演技术，对铝土岩系分布进行了刻画及预测，结果显示陇东地区太原组铝土岩在岩溶古地貌各级地貌单元中呈孤岛状、带状、片状有序分布，铝土岩系总分布面积为613 km2，其中孤岛状及带状发育区是铝土岩勘探最有利区。
近年来，鄂尔多斯盆地陇东地区古生界铝土岩储层天然气勘探获得了重要突破，亟需对铝土岩气藏成藏的主控因素进行研究。为揭示铝土岩气藏形成的构造控制因素，通过构造发育、断层及构造特征展布特征、古地貌及微古地貌分析等方面探讨了铝土岩气藏成藏的构造控制因素。结果表明：①陇东地区铝土岩储层的形成主要受长期的构造抬升、海西期断层、斜坡背景上的低缓断阶带分布等构造背景控制；②铝土岩储层主要分布在岩溶高地古地貌上的潜坑，岩溶斜坡古地貌上的主、次沟槽组成的网状负地形以及岩溶洼地古地貌上的浅洼等微古地貌单元，不同地貌单元发育的岩性组合、铝土岩储层发育程度、分布特征也不相同；③铝土岩气藏的成藏、富集受断层附近发育的局部构造圈闭控制，在铝土岩储层发育区，古、今构造形成的低—微幅度背斜、断背斜、断鼻等局部正向构造圈闭是铝土岩气藏成藏的主要场所。研究阐述了陇东地区铝土岩储层及气藏的发育规律，也为类似地区及其他特殊岩性油气藏勘探起到指导作用。
鄂尔多斯盆地含铝土岩系地层较为发育，近年来针对该地层的铝土岩气藏的勘探开发取得重大突破，并提出了“古地貌控储、煤岩近源供烃、岩性构造控藏”的成藏模式，进一步揭示了铝土岩具有近源规模成藏的规律。为明确古地貌对铝土岩气藏的控制作用，以鄂尔多斯盆地陇东地区石炭纪太原组为例，通过印模法恢复前石炭纪古地貌形态特征，并结合钻井、测录井、地震、野外露头观察及分析化验等资料分析古地貌对陇东地区太原组铝土岩气藏的控制作用。研究表明：太原组沉积期古地貌主要发育高地、斜坡、洼地3个二级古地貌单元，斜坡又可分为潜坑、阶地及沟槽3个三级古地貌单元，主要以岩溶斜坡为主，古地貌整体趋势走向为西南高、东北低。古地貌对研究区前石炭纪铝土岩气藏的控制作用如下：①古地貌控制表，生期淋滤作用的时间和强度；②古地貌控制沉积相态的展布，沉积于古陆边缘及潮坪相的铝土岩厚度较大；③古地貌控制铝土岩厚度和孔隙发育，古地貌潜坑、阶地铝土岩厚度大，溶孔与裂缝发育；④上部广覆式煤系源岩生烃，生烃动力驱动向下运移至表生期发育的铝土岩储层聚集成藏，多孔状铝土岩是制约天然气成藏的关键地质要素。
铝土岩气藏是鄂尔多斯盆地西南部陇东地区太原组发育的一种特殊岩性气藏，其储层具有“岩性组合多样、储层厚度薄、横向变化快及气藏单个规模小”的地质特征。铝土岩地震识别及精细刻画、储层预测及含气性检测尚未形成有效的适用性技术，制约了该地区铝土岩气藏勘探开发进程和效果。通过对控制铝土岩气藏形成的微古地貌、储层以及裂缝分布、含气性预测进行攻关，形成了陇东地区有效的铝土岩气藏地震预测关键技术。结果表明：①在负向古地貌控制铝土岩宏观分布规律的约束下，开展基于反射系数分解去除围岩反射强干涉效应的地质统计学反演可精确描述铝土岩的空间分布特征；②精准裂缝识别技术可有效落实铝土岩优质储层发育带分布；③基于岩石物理实验分析叠前同时反演技术预测铝土岩储层含气性具有较好的可靠性；④研究形成的针对铝土岩识别关键技术手段及高产井位地震优选模式，有效指导了井位部署。针对铝土岩岩性气藏的有效技术方法在实践中探井成功率不断提升，单井产气量也获得了新突破，有效支撑了鄂尔多斯盆地铝土岩气藏勘探开发，该技术方法系列也可为其他类似的风化壳油气藏地震预测起到借鉴作用。
前人利用岩心和测、录井资料分析鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩成因机理，认为古地貌控制铝土岩富集，沟槽区铝土岩发育。以往研究针对铝土岩储层的地震预测方法还不够系统，如何应用三维地震资料刻画古地貌和预测铝土岩储层发育区域成为迫切需要。针对这些问题，通过地震模型正演分析，结合已有地质认识，探索陇东地区太原组铝土岩地震预测与有利区优选的方法。研究获得如下认识：①石千峰组底—太原组底厚度与太原组厚度相关性好，可用于预测宏观古地貌。在宏观古地貌预测的基础上，通过“趋势面法”对微古地貌进行恢复，在各自单元内进一步划分出主沟槽、次沟槽、潜坑及浅洼等“负向地貌”单元，细化了微观古地貌形态。②在压制煤层强反射干扰的前提下，采用叠后地质统计学反演获得的纵波阻抗体能很好地预测陇东地区铝土岩空间展布特征。③通过综合古地貌、岩性、断裂及构造等因素对陇东地区太原组铝土岩储层开展地震预测，形成了“一低一弱，一高两带”的井位优选模式，该模式在铝土岩高效井位部署中发挥了积极作用。L47井太原组铝土岩试气获高产气流，标志着盆地铝土岩新领域获得重大突破，目前已落实有利勘探面积近8 000 km2，勘探前景广阔。
铝土岩气藏局部富集，储层薄且变化快，顶底双强反射界面屏蔽作用强，地震有效储层定量预测难度大。从岩石物理分析入手，对比分析岩心测试、测井交会结果，首次明确了铝土岩岩性、含气性的敏感参数。在横波预测的基础上，采用相控叠前地质统计学反演刻画铝土岩储层的空间展布，解决了有效薄储层识别的难题。研究结果表明：①在岩石力学和超声波测试结果的基础上，提出岩性敏感因子R，定量评价出剪切阻抗是指示铝土岩岩性的敏感参数，该结论与测井交会分析结果一致；②饱和度测试和测井分析结果表明泊松比为指示铝土岩含气性的敏感参数；③相控叠前地质统计学反演结果验证表明剪切阻抗比纵波阻抗识别优质铝土岩更为敏感，泊松比可以较好地区分铝土岩干层和气层。反演结果与验证井吻合程度较高，并支撑了首口铝土岩水平井的实施，其优质储层钻遇率高，试气结果刷新了鄂尔多斯盆地上古生界的试气记录。
鄂尔多斯盆地陇东地区近期在太原组铝土岩层段试气获得工业气流，打破了太原组铝土岩作为下古生界奥陶系风化壳盖层的传统认识，表明铝土岩气是一种未被发现的非常规天然气气藏。为寻找有利相带、扩大气藏发现，对比岩心、测录井分析资料明确鄂尔多斯盆地太原组自上而下发育煤层、炭质泥岩、常规泥岩和含铝岩层，其中典型含铝岩具有高自然伽马、高中子、高铀、低声波时差及低钾的“三高两低”特征，基于此特征建立了声波时差与自然伽马交会图版实现了含铝岩系的快速识别；依据含铝岩主要组成矿物一水硬铝石含量差异将含铝岩细分为铝土岩、泥质铝土岩和铝土质泥岩3类岩石；结合岩心、岩石薄片、扫描电镜及成像测井资料将含铝岩划分为6种岩相：层/纹层状泥质铝土岩相，块状、层状、豆鲕状铝土岩相及弱层状、碎屑状铝土质泥岩相，并建立一套适用于太原组含铝岩的成像测井岩相识别模式库，实现了单井纵向上岩相的连续识别与划分；对比核磁共振及生产测试资料明确层状铝土岩相、豆鲕状铝土岩相发育大量粒内溶蚀孔隙，是油气聚集的有利岩相。通过研究深化了对鄂尔多斯盆地二叠系太原组含铝岩岩相成像特征及有利储层的认识，对盆地西南部太原组、东部本溪组铝土岩新类型天然气藏的勘探开发具有指导意义。
鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩气藏规模相对较小且分布零散，沉积类型多样，岩性多变，物性参数级差大，储层含气性主控因素不明朗，气水关系复杂，试气差异大。从测井角度，深入分析了含铝岩系储层的试气结果与储层岩性厚度、物性、电性之间的关系，明确了影响含铝岩储层产量的主控因素：按照权重依次为岩性均质性、厚度、电性及物性。在此基础上，结合岩性识别和孔隙度计算分岩性建立区域气水识别图版；针对物性较差的含铝岩储层应用图版法存在局限性的问题，在利用声波时差与自然伽马包络面积的含铝岩快速识别方法的基础上，创新建立基于声波时差与自然伽马包络面积累加的岩性均质性指数，进一步结合含气性敏感测井变量孔隙度和电阻率构建了含气信号增强因子定量指示参数和流体敏感因子，可以较为直观地在铝土岩储层进行含气指示，实现了含铝岩储层的有效气水识别；同时，研究基于岩电实验，建立不同类型储集空间的饱和度计算模型，通过定量计算得到表征储层含气性的含水饱和度。研究方法在铝土岩储层新井试气选层、老井复查中应用效果显著，有效提高了测井解释符合率，支撑了区域单井试气选层及气藏认识。
近年来，鄂尔多斯盆地庆阳气田太原组铝土岩新类型储层勘探取得重大突破。为精细评价太原组铝土岩储层发育及含气状况，落实含气富集区规模及潜力，急需探索水平井提高单井产量的可行性。结合前期铝土岩地质特征分析和直定井压裂施工总结，明确了铝土岩水平井完井压裂的工艺难点和技术方向，通过论证完井井身结构设计，开展岩石力学及地应力实验，优选地质与工程双甜点，优化分段压裂差异化参数设计，应用多组分耦合活性酸及压裂液关键添加剂，完成了L47⁃1CH首口铝土岩水平井完井压裂现场试验。L47⁃1CH井试验结果表明：①庆阳气田太原组铝土岩储层埋藏深（3 900~4 500 m）、岩性特征复杂，气藏呈“鸡窝状”分布，储层岩石破裂压力高，可压性差，试气产量变化较大；②在结合水平段测井数据聚类分析法综合确定地质甜点段的基础上，根据太原组铝土岩储层地应力分布特征，运用岩石断裂力学理论优化分段多簇压裂工艺，增大气藏的泄流面积；③通过水平井完井压裂工程试验，试气获无阻流量353×104 m3/d，试采日产气达15×104 m3，单井产量实现大幅提升；④综合测试压裂分析、主压裂施工分析、试采评价分析和产出剖面分析，证实庆阳气田太原组铝土岩具有一定的勘探开发潜力，采用水平井开采是可行的，为鄂尔多斯盆地太原组铝土岩下一步高效开发积累了经验。
鄂尔多斯盆地陇东地区铝土岩储层纵向岩性复杂，矿场改造过程中储层压不开及难压的问题突出。为解决陇东铝土岩施工压力高和储层难破裂的难题，提出在酸溶水铝石之外以黏土矿物为主要目标的酸液研发思路，创新形成了多效耦合活性酸体系。缓速机理及电离实验表明，多效酸是一种多元弱酸，在溶液中可形成多级可逆平衡体系并存在6种型体，主要通过多级电离特性来达到对岩石矿物的缓速效果；溶蚀实验表明，多效酸体系对II、III类铝土岩岩心溶蚀率达20%~42%；螯合测试实验表明，多效酸能有效抑制氟化钙沉淀的产生；通过对主剂活性酸及助剂缓蚀剂的优化与评价，优选了一套多效酸体系。在矿场完成的先导性试验表明，降压可达10~22 MPa，初步显示出较好的降压改造效果。
铝土岩与常规储层不同，在岩石力学参数、压裂地质特征等方面具有较大差异，前期先导试验井压裂施工难度大。为解决储层改造难题，针对复杂铝土岩系储层开展了岩石力学、地应力、储层伤害等基础实验，明确了泥质铝土岩、铝土质泥岩具有高杨氏模量（35.5~44.5 GPa）、高脆性（55%~60%）和高地应力（最小水平主应力53~71 MPa）等压裂地质特征。同时不同取心方向的铝土岩岩石力学也具有显著差异，表明各向异性程度较强。储层伤害主控因素主要包括水锁伤害、水敏伤害及固相伤害，应力敏感性较弱。综合实验认识与现场实践分析，针对黏土含量高、杨氏模量高、裂缝起裂延伸难度大、加砂难度大等工程难题，通过集成“体积压裂增大裂缝体积、高黏液提净压造缝携砂、加密射孔确保起裂、前置酸液降低工压”四项技术措施为一体，通过单项技术的持续优化，初步固化形成多岩性铝土岩压裂改造技术模式，在矿场实践中获得显著成效。储层改造加砂成功率由前期的44%提升至100%。
鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩系天然气勘探的突破标志着铝土岩系不仅可以作为区域盖层，在局部地区也可以作为优质储层。通过岩心观察、岩石铸体薄片鉴定等手段，并结合常量、微量及稀土元素地球化学分析，研究了铝土岩系的元素分布特征和变化规律，查明了铝土岩系沉积环境和元素迁移特征。结果表明：①陇东地区太原组铝土岩系具有高铝、低硅、含铁、含钛的特点；②稀土元素整体表现为相对富集，这与母岩风化时稀土元素呈离子状态被吸附于黏土矿物、云母类矿物及铝矿物的表面及晶格内有关，但总量变化较大；微量元素Ni、 Co、V、Ga、Hf和 Sc具有相似的变化特征，表明这些元素在铝土岩成岩演化过程中具有很好的稳定性；③研究区铝土岩系的成岩环境经历多次氧化还原环境的交替，主要以陆相淡水沉积环境为主，并有过渡相和海相沉积的特征。该成果可为进一步研究陇东地区太原组铝土岩的沉积环境和物质来源提供借鉴。
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